PL B1. INSTYTUT TECHNIKI GÓRNICZEJ KOMAG, Gliwice, PL BUP 13/07

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. B01D 53/50 ( ) B01D 53/74 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób i reaktor do odsiarczania spalin (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT TECHNIKI GÓRNICZEJ KOMAG, Gliwice, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 13/07 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 11/10 (72) Twórca(y) wynalazku: WOJCIECH MOKROSZ, Rudy, PL MAREK JEDZINIAK, Katowice, PL EWA PIETRASIK, Ruda Śląska, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Olbrzymek Elżbieta Instytut Techniki Górniczej KOMAG PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób i reaktor do odsiarczania spalin metodą półsuchą. Odsiarczanie spalin, które powstają podczas spalania paliw w instalacjach energetycznych może odbywać się za pośrednictwem metod mokrych, suchych lub półsuchych. Metody mokre umożliwiają uzyskiwanie wysokich sprawności odsiarczania, nawet do 95%. Sprawność odsiarczania tych metod zależy od stosunku stechiometrycznego wapna lub węglanu wapnia względem usuwanej siarki. Ze względów ekonomicznych częściej stosowany jest kamień wapienny. Proces mokrego odsiarczania prowadzony jest głównie w kolumnach absorpcyjnych, zwanych absorberami. Najczęściej stosowane są absorbery ze złożem ruchomym, a także poziome lub pionowe kolumny natryskowe z przegrodami perforowanymi lub bez. Produktem poreakcyjnym jest wodna zawiesina siarczanów i siarczynów wapnia uciążliwych do zagospodarowania. Suche metody odsiarczania są tanie i mają niekłopotliwy do zagospodarowania, suchy w konsystencji, produkt uboczny. Jednak w przeciwieństwie do metod mokrych dają zwykle niskie, ok. 50% sprawności odsiarczania. Proces suchego odsiarczania może być realizowany poprzez dozowanie sorbentu do węgla w młynie lub wdmuchiwanie sorbentu do komory paleniskowej powyżej płomienia. Metody półsuche łączą zaletę wysokiej skuteczności odsiarczania metody mokrej, z niskim kosztem metody suchej. Niższe koszty metody półsuchej w stosunku do mokrej wynikają z tego, że suchy produkt uboczny jest łatwy do zagospodarowania, ponadto mniejsze jest zapotrzebowanie na energię, mniejsze jest zużycie wody, mniejsze koszty inwestycyjne, a ponadto sam proces odsiarczania jest łatwiejszy do prowadzenia. W metodach półsuchych sorbent dozowany jest z taką ilością wody, aby produkt końcowy był suchy, a spaliny znajdowały się powyżej wodnego punktu rosy. W metodzie tej wyróżnia się wiele rozwiązań zarówno sposobów, jak i urządzeń do odsiarczania. Znany jest na przykład z opisu patentowego PL sposób odsiarczania spalin metodą wapienną półsuchą, w którym to sposobie spaliny kotłowe doprowadza się od góry do absorbera. Od góry absorbera podaje się również rozpyloną zawiesinę mleka wapiennego w wodzie. Z dołu absorbera odprowadzane są spaliny oczyszczone, które poprzez odpylacz i wentylator kierowane są do komina. Z dolnej części absorbera odbierany jest produkt poreakcyjny, który stanowią stałe i półstałe produkty odsiarczania. W sposobie tym, w celu utrzymania stałej prędkości przepływu spalin w absorberze, niezależnie od chwilowej wydajności kotła, stosuje się uzupełnianie niedoboru spalin kotłowych na wejściu do absorbera częścią oczyszczonych spalin, poprzez kanał recyrkulacji łączący dolną część absorbera z górną. Znany jest też, z opisu patentowego EP , sposób oczyszczania spalin, w którym to spaliny oraz adsorbent/absorbent podawane są do reaktora wspólnym przewodem, a czas przebywania doprowadzonego do reaktora adsorbentu/absorbentu w stosunku do czasu przebywania spalin w reaktorze regulowany jest przez zastosowanie w reaktorze poruszających się względem zbiornika reaktora wstawianych elementów obrotowych. Ponadto, w rozwiązaniu tym obok przepływającego gazu przez reaktor, który porywa cząstki adsorbentu/absorbentu, dodatkowo do reaktora wdmuchiwane jest sprężone powietrze, co również wpływa na regulację czasu przebywania, zwłaszcza cięższych cząstek adsorbentu/absorbentu w stosunku do czasu przebywania gazu w reaktorze. W rozwiązaniu tym adsorbent/absorbent wraz z produktem poreakcyjnym oraz oczyszczonymi spalinami usuwany jest za pośrednictwem elementu obrotowego z reaktora do oddzielacza, skąd spaliny za pośrednictwem wentylatora kierowane są do komina. Znane jest z opisu patentowego PL urządzenie do odpylania spalin, które to ma połączony ze źródłem adsorbentu/absorbentu zbiornik z co najmniej jednym otworem wlotowym dla gazu zanieczyszczonego i adsorbentu/absorbentu do oczyszczania tego gazu oraz co najmniej jeden otwór wylotowy dla oczyszczonego gazu. Urządzenie to ma wewnątrz ruchome człony z giętkimi elementami zawirowującymi. Elementy giętkie zawirowujące są umieszczone na co najmniej jednym napędzanym obrotowo wale, przy czym co najmniej jeden obrotowy wał jest umieszczony prostopadle do osi wzdłużnej zbiornika. Ponadto znane jest z opisu patentowego EP urządzenie do oczyszczania spalin w postaci cylindrycznego reaktora, z umieszczonym wewnątrz elementem obrotowym, na przykład obracającym się ślimakiem, którego gabaryty zewnętrzne sięgają do wewnętrznej powierzchni cylindrycznej reaktora. Sposób odsiarczania spalin metodą półsuchą według wynalazku, opiera się na wymuszonym przepływie spalin kotłowych przez znajdujące się w pionowo usytuowanym reaktorze złoże sorbentu

3 PL B1 3 w postaci cząstek kamienia wapiennego, aktywowane wodą oraz przemieszczane w reaktorze, podczas którego to przepływu następuje absorpcja związków siarki przez złoże sorbentu. Istota wynalazku polega na tym, że spaliny przepuszcza się pełnym przekrojem od dołu do góry przez całą wysokość złoża sorbentu, którego górna powierzchnia jest podczas procesu odsiarczania spalin stale zraszana na całym przekroju wodą, a złoże sorbentu jest poddawane podczas przepływu przez nie spalin procesowi ciągłej wewnętrznej recyrkulacji w reaktorze. W rejonie środkowym reaktora, utworzonym wokół jego osi wzdłużnej i ograniczonym powierzchnią walcową rury cyrkulacyjnej, cząstki złoża znajdujące się w dolnej stożkowo zalegającej części złoża są stale wynoszone ruchem ślimakowym ku górze, podczas którego to cząstki złoża zawierające na swej powierzchni produkt poreakcyjny powstały w wyniku absorpcji związków siarki są odnawiane poprzez ścieranie zewnętrznej warstwy produktu poreakcyjnego, a cząstki złoża pozbawione produktu poreakcyjnego oraz cząstki uwolnionego produktu poreakcyjnego, o znacznie mniejszych wymiarach, są na górnym poziomie nawilżane i kierowane do obszaru na zewnątrz walcowej rury cyrkulacyjnej, po czym w tym obszarze w końcowej fazie opadania kierowane są do zalegającej na stożkowej powierzchni sitowej dolnej warstwy, z której to cząstki produktu poreakcyjnego eliminowane są w procesie przesiewania, natomiast cząstki złoża sorbentu są w rejonie środkowym reaktora ponownie wynoszone ruchem ślimakowym ku górze. Istota reaktora do odsiarczania spalin metodą półsuchą, wyposażonego w kanał wlotowy i wylotowy spalin oraz instalacji zraszającej polega na tym, że ma w dolnej cylindrycznej części reaktora sito stożkowe oraz centralnie usytuowaną w osi reaktora rurę cyrkulacyjną z umieszczonym wewnątrz pionowym przenośnikiem ślimakowym. Kanał wlotowy spalin usytuowany jest poniżej sita stożkowego, a kanał wylotowy spalin powyżej poziomu zamocowania dysz zraszających. Reaktor zakończony jest lejem wysypowym, w którym gromadzony jest produkt poreakcyjny. Ponadto reaktor wyposażony jest w króciec wysypowy zużytego złoża. Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia reaktor w przekroju wzdłużnym. Reaktor z wewnętrzną cyrkulacją złoża sorbentu służy do odsiarczania spalin z obiektów energetycznych o mocach do 50 MW. Reaktor składa się z części cylindrycznej 10 zawierającej złoże sorbentu 3 oraz z leja wysypowego 8, w którym gromadzony jest produkt poreakcyjny. W części cylindrycznej 10, w osi wzdłużnej reaktora, usytuowana jest rura cyrkulacyjna 11 z umieszczonym wewnątrz pionowym przenośnikiem ślimakowym 6, którego wał wyjściowy sprzężony jest z motoreduktorem 7, usytuowanym na szczycie reaktora. Ponadto, w dolnym obszarze części cylindrycznej 10 zamocowane jest stożkowe sito 2, natomiast w górnym obszarze, powyżej górnej powierzchni złoża sorbentu 3 usytuowane są dysze zraszające 5. Reaktor wyposażony jest w kanał wlotowy 1 zanieczyszczonych spalin, usytuowany poniżej sita stożkowego 2 oraz kanał wylotowy 4 odsiarczonych spalin, znajdujący się powyżej poziomu zamocowania dysz zraszających 5. Ponadto reaktor ma rurę wysypową 9, normalnie zamkniętą i wypełnioną sorbentem, ponieważ w trakcie pracy reaktora następuje zużycie sorbentu. Usuwanie złoża następuje po zatrzymaniu pracy reaktora. Sposób odsiarczania spalin przedstawia się następująco: Spaliny wprowadzane są kanałem wlotowym 1 usytuowanym w dolnej części reaktora, a następnie przepływają przez stożkowe sito 2 i złoże 3 kamienia wapiennego, po czym opuszczają aparat kanałem wylotowym 4. Złoże 3 kamienia wapiennego jest zraszane wodą poprzez układ dysz wodnych 5. W reaktorze stosowana jest wewnętrzna recyrkulacja złoża wymuszana za pomocą zamkniętego w rurze pionowego przenośnika ślimakowego 6, napędzanego elektrycznie motoreduktorem 7. Wydzielony drobnoziarnisty produkt poreakcyjny opada poprzez stożkowe sito 2 do leja reaktora 8, skąd jest okresowo usuwany. Transport złoża za pomocą przenośnika ślimakowego 6 umożliwia mieszanie złoża, odnawianie powierzchni ziaren, ścieranie przereagowanej warstwy produktu poreakcyjnego, ponadto zapobiega cementowaniu złoża. Przedstawione rozwiązanie umożliwia lepsze wykorzystanie złoża, ponieważ spaliny przepływają pełnym przekrojem przez całą wysokość złoża. Do zalet rozwiązania należy zaliczyć również małe zapotrzebowanie mocy z uwagi na konieczność napędzania ślimaka transportującego tylko część złoża, oraz niższą prędkość przepływu spalin przez złoże, co powoduje wydłużenie się czasu kontaktu cząstek gazu z cząstkami sorbentu oraz minimalizację efektu porywania cząstek sorbentu.

4 4 PL B1 Korzystnym skutkiem przedstawionego rozwiązania jest też zraszanie całego przekroju złoża, przez co złoże jest równomiernie nawilżone i nie występują w związku z tym nieaktywne cząstki sorbentu. Dodatkowo, taki mechanizm zraszania powoduje odpylanie cząstek stałych, które mogłyby zostać porwane ze złoża. Efekt ten, w połączeniu z małą prędkością przepływu gazu przez złoże, powoduje brak konieczności stosowania dodatkowego odpylacza za reaktorem. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób odsiarczania spalin metodą półsuchą polegający na wymuszonym przepływie spalin kotłowych przez znajdujące się w pionowo usytuowanym reaktorze złoże sorbentu w postaci cząstek kamienia wapiennego, aktywowane wodą oraz przemieszczane w reaktorze, podczas którego to przepływu następuje stała absorpcja związków siarki przez złoże sorbentu, znamienny tym, że spaliny przepuszcza się pełnym przekrojem od dołu do góry przez całą wysokość złoża sorbentu /3/, którego górna powierzchnia jest podczas procesu odsiarczania spalin stale zraszana na całym przekroju wodą, a złoże sorbentu jest poddawane podczas przepływu przez nie spalin procesowi ciągłej wewnętrznej recyrkulacji w reaktorze, przy czym w rejonie środkowym reaktora, utworzonym wokół jego osi wzdłużnej i ograniczonym powierzchnią walcową rury cyrkulacyjnej /11/, cząstki złoża znajdujące się w dolnej stożkowo zalegającej części złoża są stale wynoszone ruchem ślimakowym ku górze, podczas którego to cząstki złoża zawierające na swej powierzchni powstały w wyniku absorpcji związków siarki produkt poreakcyjny są odnawiane poprzez ścieranie zewnętrznej warstwy produktu poreakcyjnego, a cząstki złoża pozbawione produktu poreakcyjnego oraz cząstki uwolnionego produktu poreakcyjnego, o znacznie mniejszych wymiarach, są na górnym poziomie nawilżane i kierowane do obszaru na zewnątrz walcowej rury cyrkulacyjnej /11/, po czym w tym obszarze opadają, a w końcowej fazie opadania kierowane są do zalegającej na stożkowej powierzchni sitowej dolnej warstwy, z której to cząstki produktu poreakcyjnego eliminowane są w procesie przesiewania, natomiast cząstki złoża sorbentu są w rejonie środkowym reaktora ponownie wynoszone ruchem ślimakowym ku górze. 2. Reaktor do odsiarczania spalin metodą półsuchą, wyposażony w kanał wlotowy i wylotowy spalin oraz instalację zraszającą, znamienny tym, że ma w dolnej cylindrycznej części /10/ reaktora sito stożkowe /2/ oraz centralnie usytuowaną w osi reaktora rurę cyrkulacyjną /11/ z umieszczonym wewnątrz pionowym przenośnikiem ślimakowym /6/. 3. Reaktor do odsiarczania spalin według zastrz. 2, znamienny tym, że ma usytuowany kanał wlotowy /1/ spalin poniżej sita stożkowego /2/, a kanał wylotowy /4/ spalin powyżej poziomu zamocowania dysz zraszających /5/. 4. Reaktor do odsiarczania spalin według zastrz. 2, znamienny tym, że część cylindryczna /10/ zakończona jest lejem wysypowym /8/ dla produktu poreakcyjnego. 5. Reaktor do odsiarczania spalin według zastrz. 2, znamienny tym, że wyposażony jest w króciec wysypowy /9/ zużytego złoża.

5 PL B1 5 Rysunek

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 zł.